0
17141
Газета Печатная версия

10.10.2023 19:02:00

Астрофизики надеются скоро «пощупать» самую загадочную силу природы

Скольжение по гравитационным волнам

Тэги: астрономия, астрофизика, гравитация


астрономия, астрофизика, гравитация «Ткань» пространственно-временного континуума искривляется под действием массивных астрономических объектов, таких, например, как наше Солнце. Рисунок сгенерирован нейросетью Kandinsky 2.2

Более двух веков после открытия Исааком Ньютоном закона всемирного тяготения природа тяготения не сильно волновала ученых. Сам Исаак Ньютон, заключая свой magnum opus «Математические начала натуральной философии» (1687), откровенно признавал: «До сих пор я изъяснял небесные явления и приливы наших морей на основании силы тяготения, но я не указывал причины самого тяготения. Причину же этих свойств силы тяготения я до сих пор не мог вывести из явлений, гипотез же я не измышляю. Довольно того, что тяготение на самом деле существует, действует согласно изложенным нами законам и вполне достаточно для объяснения всех движений небесных тел и моря».

Очередную революцию в познании совершил Альберт Эйнштейн, сформулировав общую теорию относительности (ОТО), в которой в единый континуум объединялись пространство и время. «Ткань» пространственно-временного континуума искривляется под действием масс астрономических объектов, таких как наше Солнце, например. Эти массы рассеивают идущие от далеких звезд лучи света. В результате возникают так называемые гравитационные линзы, изгибающие свет от «сокрытых» Солнцем звезд.

В ОТО также постулировалось возникновение гравитационных волн, распространение которых объясняет природу тяготения. Оно порождает «складки» (ripples) поверхности пространства-времени. (В русской научной литературе принято несколько другое название термина – «рябь пространства-времени».)

Век спустя после Эйнштейна гигантские лазерные интерферометры, фиксирующие изменение длины луча под воздействием проходящих гравитационных волн (LIGO-обсерватории), позволили экспериментально доказать существование ряби пространства-времени. Первые гравитационные волны были уловлены от слияния двух небольших черных дыр с массами в десятки солнечных. Но каковы масштабы волн, приходящих к Земле от далеких сверхмассивных дыр с массами в миллионы и даже миллиарды солнечных?! Достаточно сказать, что длины этих волн исчисляются километрами, поэтому никакие лазерные обсерватории на них просто не среагируют.

Английская исследовательница Джоселин Белл в 1967 году с помощью созданного ею примитивного радиотелескопа (в поле были воткнуты сотни штакетин, на которые была натянута списанная в соседней военной базе колючая проволока) смогла уловить сигналы космического микроволнового фона. Оказалось, что фон этот неравномерен. Его анизотропия и позволяет говорить о случившемся примерно 13,5 млрд лет назад Большом взрыве (Big Bang). Первые мгновения после Big Bang – это эпоха господства кварк-глюонной плазмы. Охлаждаясь, она порождает протоны и нейтроны. Из них образовались атомные ядра, вокруг которых «завертелись» электронные облака.

Из скоплений космических газов и пыли сформировались звезды. В конечном счете в результате термоядерной реакции в своих недрах звезды растрачивают водород и развивается коллапс-схлопывание оставшейся массы под воздействием сил гравитации. Если масса приличная, то формируется черная дыра.

Другой сценарий – электроны просто «вдавливаются» в ядра и возникает нейтронная звезда. Из-за своего малого размера такая звезда вращается с гигантской скоростью. В пространство срываются струи (джеты), удерживаемые мощными магнитными полями. А там, где магнит, там генерируемый и электронный ток. Возбуждение электронов порождает не только свет, но и значительно более длинные волны, в том числе и радио. Их-то и зафиксировала Джоселин Белл, сделав эпохальное открытие поразительно периодичных и постоянных сигналов в 24 года (подобно сердечному пульсу).

Такие источники радиоимпульсов назвали пульсарами. И за ними, в частности, ведет тщательное наблюдение самый большой в мире 500-метровый радиотелескоп «быстрый» FAST (Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope – «Сферический телескоп с 500-метровой апертурой»), установленный в 2016 году в горах на юге Китая. FAST управляется университетскими астрономами Пекина и входит в консорциум NANOG – так кельты называли волшебный остров вечной юности, – или Северо-Американскую наногерцовую обсерваторию гравитационных волн.

Университеты, входящие в консорциум, вели совместные наблюдения за 67 пульсарами, а также несколькими двойными звездами. Длительность исследований у некоторых исследовательских групп достигает 15 лет. Результаты были изложены в серии статей в недавних выпусках журнала Astrophysical J. Letters. Авторы склоняются к модели корреляции-сходства активности пульсаров по сравнению с их случайным шумом.

В комментарии в другом журнале, Nature, отмечается, что с 2015 года американские гравитационные детекторы в штатах Луизиана и Вашингтон уловили гравитационные волны от десятков событий, связанных со слиянием черных дыр. Но обсуждение в статьях касается возможного распространения «комбинированных» радиоволн тысяч пар сверхмассивных черных дыр (SMBH). И если это так, то впервые можно говорить о таких бинарах в глубинах космоса. Более точно можно будет говорить после выведения в 2030 году на орбиту Земли гравитационной обсерватории LISA (Laser Interferometer Space Antenna), которое планируется Европейским космическим агентством (ESA). Его сотрудники полагают, что разрешение антенны позволит увидеть отдельные бинары SMBH, расположенные достаточно близко к Млечному пути. А значит, и достаточно «громкие» с точки зрения генерации волн – как радио-, так и гравитационных.

Найти изолированные источники гравитационных волн – это гарантированная Нобелевская премия, считают ученые. При этом нельзя сбрасывать со счетов и возможный остаточный гравитационный «шум» от Большого взрыва. Это будет игра вдолгую, потому что новые телескопы только-только начали приоткрывать небольшое окошко во Вселенную, про которую мы знаем лишь чуточку больше, чем александрийский Птолемей. А открыть его шире, возможно, помогут философы – если разберутся в астрофизике… 


Читайте также


Возможно, черные дыры формировались одновременно со звездами

Возможно, черные дыры формировались одновременно со звездами

Максим Ухин

Телескопы на все случаи жизни Вселенной

0
15146
Что делает космологию экспериментальной наукой

Что делает космологию экспериментальной наукой

Иван Сапрыкин

Гравитационные волны становятся привычным объектом изучения для физиков

0
14419
Солнце наносит протонный удар

Солнце наносит протонный удар

Андрей Морозов

Нашу планету постоянно атакуют элементарные частицы с далеко не элементарными свойствами

0
16164
Советский Леонардо да Винчи

Советский Леонардо да Винчи

Михаил Стрелец

8 марта исполнится 110 лет со дня рождения великого ученого Якова Зельдовича

0
24760

Другие новости